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Soldagem Por Explosão e Atrito
Soldagem Por Explosão e Atrito
Soldagem Por Explosão e Atrito
Introduo Dentre os mais variados processos de soldagem, apresentaremos aqui um resumo dos processos de soldagem a exploso, soldagem por atrito (frico), soldagem por ultra-som e soldagem por presso a frio. A soldagem a exploso um processo de soldagem em estado slido, que produz uma solda pelo impacto em alta velocidade das peas em trabalho, como resultado de uma detonao controlada. A soldagem por frico um processo de soldagem em estado slido que produz soldas pela rotao ou movimento relativo de duas peas sob foras compressivas produzindo calor e deslocando plasticamente material nas superfcies de atrito. A soldagem por ultra-som tem como objetivo unir peas por vibraes mecnicas na faixa ultra-snica associada com presso, sendo feita no estado slido sem fuso de material base. A soldagem por presso a frio, em condies normais de ambiente causa destruio da superfcie, camadas de materiais metlicos na rea da solda. Esta expe superfcies de metal limpo nos dois componentes a serem soldados, nos quais devem ser usadas dentro de cada um deles um contato para gerar foras interatmicas, necessrias para formar a solda. 2. Processo de soldagem por Exploso Soldagem a exploso um processo de soldagem em estado slido, que produz uma solda pelo impacto em alta velocidade das peas em trabalho, como resultado de uma detonao controlada. A exploso acelera o metal a uma velocidade que produz uma adeso metlica entre eles aps a coliso. A solda produzida em uma frao de segundo sem adio de metal. essencialmente um processo a temperatura ambiente em que no ocorre um grande aquecimento das peas em trabalho. As superfcies de contato, entretanto, so aquecidas pela energia de coliso, e a soldagem conseguida pelo fluxo plstico do metal em suas superfcies. A solda executada progressivamente junto com a exploso e as foras criadas avanam de uma extremidade da junta a outra. As deformaes da soldagem variam com o tipo da junta. So conseguidas deformaes imperceptveis em vrias soldas, e sem perda mensurvel de metal. A soldagem normalmente executada ao ar livre, mas tambm pode ser executada em outras atmosferas ou em vcuo quando as circunstancias o exigirem. Muitas soldas so executadas em sees relativamente grandes em rea, porm existem aplicaes com pequenas superfcies com sucesso. 2.1.1. Princpios do processo
Fundamentalmente existem trs componentes: 1- Metal base 2- Metal primrio ou de caldeamento 3- Explosivo O componente base permanece estacionrio enquanto o primrio soldado a ele. O componente base pode ser suportado por uma base ou matriz, particularmente quando ele relativamente delgado. A componente base / apoio deve possuir massa suficiente para minimizar as distores durante o processo de soldagem por exploso. O componente primrio posicionado usualmente paralelo ao componente base; porm para aplicaes especiais ele pode estar a um pequeno angulo em relao ao componente base. No arranjo paralelo, os dois so separados por uma distancia especificada, que se refere como distancia de afastamento (standoff distance). No arranjo angular o afastamento pode ser ou no utilizado no vrtice do angulo. A exploso localizada dobra e acelera o componente primrio atravs do afastamento, a alta velocidade, para que ele colida sob um certo ngulo com o componente base e seja soldado a ele. frente de coliso e solda progride atravs da juno conforme a exploso avana. O explosivo, normalmente em forma granular, distribudo uniformemente sobre a superfcie superior do componente primrio. A fora que a exploso exerce sobre o componente primrio depende das caractersticas da detonao e da quantidade de explosivo. Um separador de um material tipo neoprene, entre o componente primrio e o explosivo, pode ser necessrio para proteo do componente da eroso provocada pela detonao do explosivo. 2.1.2. Detonao do explosivo
A maneira na qual o explosivo detonado extremamente importante. A detonao deve ser efetuada progressivamente atravs da superfcie do componente primrio. A velocidade da detonao determina a velocidade na qual a coliso progride atravs da rea de juno. conhecido que a velocidade de coliso uma das variveis importantes do processo. A seleo de um explosivo que produza uma velocidade de detonao requerida da maior importncia para que se consiga por consequncia uma boa solda. Alem disso o explosivo deve providenciar uma exploso uniforme para que a velocidade de coliso seja uniforme do incio ao fim da solda.
2.1.3.
Enquanto a detonao se move atravs da superfcie do componente primrio, ambas as intensas presses, a da frente de exploso e a gerada pela expanso dos gases imediatamente abaixo da frente de exploso aceleram o componente primrio a um certo angulo e velocidade. Este angulo e velocidade dependem do tipo e quantidade do explosivo, da espessura de parede e propriedades mecnicas do componente primrio, e da distancia de afastamento (standoff distance) empregada.
A interface entre os dois componentes de uma soldagem a exploso normalmente como uma onda em uma microescala, o tamanho da onda depende das condies de coliso encontradas na soldagem. Muitas soldas com uma interface em onda contm pequenas bolsas de material do jato localizadas normalmente a frente e atrs dos picos das ondas (no declive). Estes materiais so compostos da combinao dos dois metais parentes, e uma parcial ou completa fuso dos materiais geralmente ocorre. As bolsas podem ser dcteis quando a combinao dos metais formam solues slidas, mas podem ser frgeis ou podem conter descontinuidades em suas combinaes, formando compostos intermetlicos. Bolsas de outros materiais podem no ser prejudiciais, caso sejam bem pequenas. Uma boa prtica de soldagem produzem pequenas bolsas. Grandes bolsas, por outro lado, ocorrem devido a excessivas condies de coliso (velocidade do material primrio, velocidade de coliso e angulo de coliso), ou podem produzir falhas contnuas de soldagem. Grandes bolsas e falhas de soldagem contnuas podem conter um substancial nmero de vazios por enrugamento e outras descontinuidades que reduzem a resistncia e ductilidade. Elas so normalmente prejudiciais para sua integridade e utilizao da solda. Por estas razes prticas de soldagem que produzam tamanhos excessivos de onda ou falhas contnuas de soldagem devem ser evitadas. Em certas ocasies, uma interface plana da solda formada quando a velocidade de coliso est abaixo do valor crtico para a particular combinao dos metais utilizados na solda. Soldas deste tipo normalmente possuem propriedades mecnicas satisfatrias, mas a regra no utilizar esta prtica. Pequenas variaes nas condies de coliso podem produzir falta de adeso. 2.1.6. Propriedades dos materiais explosivos
Os explosivos utilizados para soldagem a exploso So normalmente granulares, e sua composio normalmente baseada em Nitrato de Amnia como componente principal. Isto permite que sua detonao ocorra em uma faixa de velocidade entre 2000 a 3000 m/s, necessria para alcanar no ponto de coliso, as condies necessrias para uma tima soldagem. Em geral, a velocidade de detonao do explosivo depende da sua composio, espessura e embalagem ou densidade obtida. 2.1.7. Afastamentos para arranjos paralelos e angulares.
Dois tipos de afastamentos podem ser utilizados na soldagem a exploso: paralelo ou angular. O uso de um ngulo, pr-determinado est normalmente restrito a pequenas reas ou soldas curtas tais como solda de tubo a espelho (trocadores de calor e caldeiras), soldas em dobra (angulo) entre chapas ou componentes tubulares, ou outras pequenas reas de soldas especiais. O afastamento paralelo, ou constante, utilizado para grandes reas de soldagem, e constituem a maior aplicao da soldagem por exploso. Para outra operaes, tal como revestimento de chapas planas (cladding), a geometria do afastamento e quantidade de explosivo deve ser previsto no projeto dos componentes para a soldagem. A distancia de afastamento empregada na preparao da soldagem por exploso ter muita influencia no tamanho da onda na interface. Aumentos na distancia de afastamento aumenta o angulo de coliso entre os componentes primrio e base acima do limite do angulo de dobramento dinmico no qual o explosivo utilizado capaz de acelerar o componente de revestimento. O
tamanho da onda da interface aumenta com o acrscimo do angulo de coliso. Em termos gerais, a distancia de afastamento em uma soldagem paralela normalmente entre a metade e uma vez a espessura do componente de revestimento que ser acelerado pelo explosivo. No arranjo angular, o angulo est tipicamente entre um e oito graus. 2.1.8. Qualidade da adeso
A qualidade de uma soldagem a exploso depende apenas da natureza da interface, e dos efeitos que o processo causou nas propriedades dos componentes metlicos. As propriedades dos metais incluem resistncia, maleabilidade e ductilidade. Os efeitos da soldagem nestas propriedades podem ser determinadas por comparao dos resultados de trao, impacto, dobramento e ensaios de fadiga na solda e materiais base. Procedimentos de teste das normas ASTM podem ser utilizados. A qualidade da adeso pode ser determinada por ensaios destrutivos e no-destrutivos. Caso o tamanho das amostra de teste sejam limitadas pela espessura dos componentes e a solda plana e na essncia no h espessura, teste especiais destrutivos so utilizados para avaliao da Adeso. Os ensaios devem refletir as condies que a solda vai sofrer em servio.
2.1.14. Tipos de juntas Soldas a exploso possuem uma limitao a juntas de superposio ou com superfcies que se ajustam. No caso de revestimento, as superfcies dos dois componentes possuem a mesma geometria, e um dos componentes sobrepe o outro. Em juntas tubulares de transio e de topo, uma superposio utilizada normalmente. A superposio e a soldagem nestas juntas devem ser longas o suficiente para se obter uma garantia de no haver falha em servio por cisalhamento ao longo da interface.
De acordo com as normas AWS includas no manual de soldagem, existem dois mtodos gerais de fornecimento de energia em soldagem por frico: 1-O mtodo direto, s vezes chamado soldagem por frico convencional; 2-Soldagem por frico por Inrcia, tambm chamada de soldagem por inrcia. 3.1.2. Soldagem por frico convencional
Neste processo, uma das peas presa a uma unidade motora, enquanto a outra restringida de rotao. A pea ento gira a uma velocidade predeterminada. Para serem soldadas as peas so colocadas em contato e ento uma fora axial aplicada. Calor gerado assim que as superfcies de atrito (superfcies de frico) entram em contato. Isto continua por um tempo predeterminado, ou at que uma quantidade de deslocamento, tambm predeterminada, seja atingida. Ento, a unidade motora desacoplada, e a pea posta em repouso pela atuao de um freio ou por sua prpria resistncia rotao. A fora de frico mantida ou aumentada (fora de forjamento) durante um tempo predeterminado depois da rotao cessar. A solda est assim completa. Em soldagem por frico direta existem dois mecanismos diferentes de controle para determinar o fim do ciclo de soldagem. Por um lado, o processo pode ser finalizado quando um tempo predeterminado de soldagem atingido. Por outro lado, a quantidade total de deslocamento pode ser usada para determinar o trmino do
processo. Mais adiante um terceiro mtodo para controlar o processo de soldagem, o controle de temperatura, ser apresentado. 3.1.3. A soldagem por frico por inrcia
Neste processo, uma das peas conectada a uma roda de inrcia, enquanto a outra restringida de rotao. A roda de inrcia acelerada a uma velocidade rotacional predeterminada, armazenando a energia exigida. O motor de passo desacoplado e as peas so postas em contato. Este contato gera um atrito entre as superfcies sob foras compressivas. A energia cintica armazenada na roda dissipada como calor por frico na interface de solda a medida que a velocidade vai diminuindo. Um aumento da fora de frico pode ser aplicada (fora de forjamento) antes de a rotao parar. A fora de forjamento mantida por um tempo predeterminado depois de a rotao cessar. Neste ponto a solda est ento completa. Ambos os processos (por inrcia e convencional) produzem soldas de excelente qualidade. Existem diferenas ou vantagens sutis de um processo em relao ao outro dependendo da aplicao (tamanho das peas, combinao de materiais, consideraes de geometria, etc.). 3.1.4. Parmetros relevantes
Existem pelo menos dez parmetros de processo importantes em soldagem por frico. Os mais importantes so: A velocidade relativa das superfcies A presso normal tempo de aquecimento deslocamento e a taxa de deslocamento A temperatura das superfcies de frico A natureza do material A presena de filmes na superfcie A rigidez e elasticidade das superfcies de frico tempo requerido para parar o fuso A durao da fora de forjamento Embora todos os parmetros sejam relevantes, os primeiros quatro so os mais importantes. 3.1.5. A velocidade relativa das superfcies de atrito
A velocidade rotacional relativa o parmetro de processo menos sensvel. Praticamente, ela pode variar dentro de uma grande faixa sem influenciar a qualidade do cordo de solda. Do ponto de vista de uma intensificao do processo e aperfeioamento da qualidade de solda desejvel o uso de velocidades relativamente baixas. A eficincia do processo aperfeioada como resultado da reduo da perda de calor, o que reduz a quantidade de energia usada para soldagem. Altas velocidades rotacionais podem ser usadas para soldar aos maleveis. Na prtica, o tempo de aquecimento (para uma dada quantia de deslocamento) usualmente controlado pela variao da presso de soldagem. 3.1.6. A presso normal
Embora este parmetro varie amplamente durante os estgios de aquecimento e de forjamento, ele controla o gradiente de temperatura na interface de solda, a potncia requerida, e a reduo axial. A presso axial deve ser alta suficiente para colocar as superfcies de atrito em contato ntimo, para manter as substncias estranhas fora da interface de solda e para evitar a oxidao. Porm, deve ser notado que altas presses causam aquecimento local e consequentemente rpida reduo axial (alta taxa de deslocamento) o que poderia ser incontrolvel. 3.1.7. Tempo de aquecimento
O tempo de aquecimento determina as condies de temperatura do processo, mantendo em mente que a deformao plstica das peas derivada das condies de temperatura. O tempo de aquecimento significativamente influenciado pela presso axial e pela velocidade rotacional. Reduz quando a presso aumentada e quando a velocidade rotacional decresce. Para uma dada presso, o tempo de aquecimento aumenta com o aumento da velocidade rotacional. O tempo de aquecimento especialmente importante para uma baixa taxa de deslocamento porque ele no s define a microestrutura da interface, mas controla tambm a profundidade de aquecimento no material consumvel. 3.1.8. Deslocamento / taxa de deslocamento
Esta varivel no somente usada para controlar o ciclo de soldagem, mas ela tem tambm uma influncia significativa nas propriedades da junta. A presso e velocidade aplicadas influenciaro o tempo necessrio para atingir a quantidade de deslocamento preestabelecida. O tempo desde o contato inicial das superfcies at o fim
do processo se torna menor com um aumento de presso e uma velocidade mais baixa resulta em uma taxa de deslocamento maior para a mesma presso nominal. 3.1.9. Vantagens e Limitaes
Como todos os processos de soldagem, a Soldagem por Frico apresenta vantagens e desvantagens. Por ser um processo em estado slido, esse tipo de operao apresenta mais vantagens que limitaes. 3.1.10. Vantagens Ateno Especial com a limpeza da superfcie no necessria, uma vez que a soldagem por frico tende a romper, deslocar, e finalmente remover os filmes de superfcie no flash ("colar") da solda Metal de enchimento, fluxo, e gs protetor no so requeridos. Diferentemente dos processos por fuso, a soldagem por frico no pe em risco a sade do operador alm de mais seguro, porque no existem fascas, radiao, fumaa, ou risco de problemas eltricos envolvendo alta voltagem Defeitos associados a fenmenos de solidificao, como porosidade e segregao, no esto presentes em soldagem por frico, uma vez que ele um processo em estado slido possvel de se fazer juntas de metais dissimilares que so difceis ou at impossveis de serem soldadas por outros processos (por exemplo, metais refratrios e exticos) Baixos custos, simplicidade de operao, instalaes simples, baixo consumo de energia, e um curto ciclo de soldagem fazem do processo efetivo para componentes normalmente produzidos por outros processos de fabricao; processo facilmente automatizado para reproduzir soldas de alta qualidade. O equipamento atual pode ser operado a at quatro quilmetros, sendo adequado para aplicaes distantes em ambientes perigosos baixo calor introduzido e os rpidos ciclos de soldagem fazem com que o processo seja adequado para aplicaes em oleodutos operantes, linhas de gs e linhas de metanol Estreita zona termicamente afetada associada ao processo consumvel adequado para uso dentro de atmosferas explosivas sem risco de ignio. Isto permite que a soldagem seja seguramente executada em reas de instalaes petroqumicas sem necessidade do desligamento do equipamento Habilidades manuais no so exigidas Na maioria dos casos, a resistncia da solda igual ou maior que a dos materiais a serem unidos. 3.1.11. Limitaes A rea de pelo menos uma pea deve ser simtrica, de forma que a parte poa girar sobre o eixo do plano de rotao. As geometrias tpicas que podem ser soldadas por frico so: barra com barra, barra com tubo, barra com chapa, tubo com tubo e tubo com chapa processo normalmente limitado a fazer juntas de topo planas e angulares (ou cnicas) material de pelo menos um componente deve ser plasticamente deformvel sob as dadas condies de soldagem Preparao e alinhamento das peas podem ser crticas para o desenvolvimento uniforme do atrito e aquecimento Capital de equipamento e custos com ferramentas so altos Ligas usinadas so difceis de serem soldadas 3.1.12. Defeitos Comuns Em soldagem por frico, os principais defeitos associados ao processo envolvem a deformao dos componentes, a falta de fuso dos materiais, a incluso de filmes estranhos ao processo, a abertura de trincas mesmo durante o resfriamento da junta e finalmente a deflexo horizontal dos componentes que esto sendo soldados. 4. Processos de soldagem por Ultra-som A energia do ultra-som tem se mostrado uma ferramenta til em uma larga variedade de aplicaes. A unio de metais, especificamente metais no ferrosos usados em conexes eltricas, uma aplicao particularmente til desta tecnologia. A soldagem por ultra-som de metais no ferrosos, em conexes eltricas, tem demonstrado eliminar a maioria, se no todos, os problemas associados a soldagem por fuso. De fato, a soldagem por ultrassom de metais est se tornando rapidamente o processo escolhido por engenheiros industriais. Aplicaes atuais e comparaes de custos operacionais ilustram o grau de aceitao e as vantagens inerentes da soldagem por ultra-som de fios e unies eltricas. A energia do ultra-som usada para melhorar a estrutura metalrgica dos materiais. O nico resultado da soldagem de metais por ultra-som a baixa radiao de calor sem fuso da massa. O processo determinado por alguns parmetros de soldagem que podem ser facilmente monitorados e controlados eletronicamente, que um pr-requisito para um processo seguro e de qualidade. A
soldagem por ultra-som pertence a categoria da soldagem sob presso e utiliza o deslocamento e a energia cintica para a unio das peas. A soldagem por ultra-som uma combinao de soldagem sob presso a frio e soldagem por frico, por causa do modo da ao. 4.1.1. Baixa presso de soldagem
Durante a soldagem de metais por ultra-som, o movimento de rotao substitudo pela vibrao mecnica linear. As superfcies de soldagem so esfregadas periodicamente durante o processo. Isto reduz a presso exigida se comparada a soldagem por frico, e o valor final somente cerca de somente 1% do que requerido para a soldagem sob presso a frio. Quando se une completamente um material por ultra-som, a energia requerida vem em forma de vibraes mecnicas. A ferramenta de soldagem (sonotrode ou horn) junta-se a uma das partes a serem soldadas e move-se na direo longitudinal. A outra parte permanece imvel. Agora as partes a serem unidas so simultaneamente pressionadas. A ao simultnea das foras estticas e dinmicas causam a fuso das partes sem ter que usar um material de adio. Este procedimento usado em escala industrial para unio de plsticos e metais. 4.1.2. Soldagem por ultra-som de plsticos As oscilaes so introduzidas verticalmente (figura 5a). A soldagem Ultra-snica de plsticos uma tecnologia que tem sido usada a vrios anos. Quando se solda termoplsticos, a elevao trmica na regio da solda produzida pela absoro das vi braes mecnicas, da reflexo das vibraes na rea da solda e da frico das superfcies. As vibraes so introduzidas verticalmente. Na rea de contrao, o calor da frico produzido assim que o material plastificado, forjando uma conexo insolvel (que no se pode separar) entre as partes, dentro de um curto perodo de tempo. O pr-requisito que ambas as partes trabalhadas tenham pontos de fuso equivalentes. A qualidade da unio mais uniforme porque a transferncia de energia e o calor interno liberado permanecem constantes e est limitado : 1-Bigorna 2-Partes a serem soldadas 3-Ferramenta (sonotrode ou horn) 4-Oscilao do ultra-som rea de unio. A fim de obter um timo resultado, as superfcies das peas so preparadas para serem adequadas a unio por ultra-som. Alm da soldagem de plsticos, o ultra-som tambm pode ser usado para rebitar ou embutir peas de metal em plstico. 4.1.3. Soldagem de metais por ultra-som Direo horizontal da oscilao, enquanto que na soldagem de plstico, vibraes verticais de alta freqncia (20 a 70kHz) so usadas para aumentar a temperatura e plastificar o material, a juno de metais um processo completamente diferente. Ao contrrio de outros processos, as partes a serem soldadas no so aquecidas at o ponto de fuso, mas so unidas aplicando presso e vibraes mecnicas de alta -frequncia. Em contraste com a soldagem de plsticos, as vibraes mecnicas usadas durante soldagem de metais so introduzidas horizontalmente. A ferramenta (sonotrode ou horn) no martela o material para elevar sua temperatura e plastifica-lo, mas esfrega as partes a serem soldadas, uma sobre a outra, sob presso. 4.1.4. Os mecanismos durante a soldagem de metais por ultra-som Durante a soldagem por ultra-som, um complexo processo iniciado envolvendo foras estticas, foras de cisalhamento e um moderado aumento de temperatura na rea de soldagem. O valor destes fatores depende: 1-Ferramenta (sonotrode ou horn) 2-Partes a serem soldadas 3-Bigorna 4-rea de soldagem espessura da pea, da estrutura da superfcie e de suas propriedades mecnicas. As peas so colocadas entre os suportes da mquina, isto , a bigorna e a ferramenta (sonotrode ou horn), que oscila horizontalmente a altas freqncias (usualmente 20, 35 ou 40 kHz) durante o processo de soldagem. muito comum utilizar a freqncia de oscilao (freqncia de trabalho) de 20 kHz. Esta freqncia est acima da audio humana e, alm disso, permite o melhor uso possvel da energia. Para processos de soldagem, que requerem somente uma pequena quantidade de energia, podem ser usadas as freqncias de trabalho de 35 ou 40 kHz. 4.1.5. Superfcies irregulares evitam o deslizamento
As superfcies da ferramenta (sonotrode ou horn) e da bigorna, ferramentas de soldagem, so usualmente irregulares ou tm uma estrutura frisada ou estriada para segurar as peas a serem soldadas e evitar o indesejvel deslizamento. 4.1.6. Deformaes do metal limitada localmente
A presso esttica aplicada entre as superfcies de soldagem num ngulo de 90. A fora (presso esttica) sobreposta com a fora de cisalhamento de alta freqncia de oscilao. Enquanto as foras no interior das peas estiverem abaixo do limite de elasticidade linear, as peas no deformaro. Se as foras ultrapassarem um determinado valor limite, deformaes locais no material logo vo ocorrer. Estas foras de cisalhamento, a alta freqncia, quebram e removem os contaminantes e produzem uma ligao entre as superfcies dos metais. A oscilao adicional faz a deformao das faces aumentar at que uma grande rea de soldagem tenha sido produzida. 4.1.7. Aumento de temperatura na rea de soldagem
A soldagem de metais por ultra-som local e limitada s foras de cisalhamento e ao deslocamento das camadas intermedirias. Contudo, no ocorrer a fuso se a fora (presso), a amplitude e o tempo de soldagem forem ajustados corretamente. Anlises microscpicas, utilizando microscpios pticos e eletrnicos, mostram a recristalizao, a difuso e outros fenmenos metalrgicos. Porm, elas no fornecem nenhuma evidncia de fuso entre as superfcies. O uso de dispositivos sensveis variaes de temperatura, instalados nas camadas intermedirias, mostram que, durante o curto perodo de tempo de soldagem, h um rpido aumento com uma posterior queda constante da temperatura. 4.1.8. Unies homogneas e estveis
A soldagem de metais por ultra-som no caracterizado por adeso superficial ou junes colados. provado que as junes so slidas, homogneas e estveis. Por exemplo, se uma folha fina de alumnio soldada por ultra-som a uma folha fina de cobre, pode ser facilmente verificado que depois de um certo perodo de tempo de solda, partculas de cobre aparecem no outro lado da folha de alumnio. Ao mesmo tempo, partculas de alumnio aparecem no outro lado da folha de cobre. Isto mostra que os materiais penetraram uns nos outros num processo que chamado de difuso. Este processo ocorre dentro de fraes de segundo.
4.1.12. Segurana O que a soldagem de metais por ultra-som faz em uma nica operao os outros processos necessitam de vrias etapas para realizar. Alm disso, elimina materiais de adio, no requer preparao da solda ou limpeza aps a solda, usa muita pouca energia (1/30 da soldagem por fuso), no usa nenhuma substncia qumica perigosa, no gera nenhum fumo nocivo e pode ser precisamente controlado e monitorado para assegurar resultados consistentes e de alta qualidade. Finalmente, um processo a baixa temperatura. Tipicamente, o calor gerado pela frico no eleva a temperatura das partes soldadas mais do que, aproximadamente, um tero de suas temperaturas de fuso. Considerando que um pequena quantia de calor gerado no exigida gua de refrigerao para a ferramenta e no h nenhum derretimento ou amolecimento das partes soldadas. Os operadores podem, freqentemente, tocar a pea imediatamente aps a solda. 4.1.13. Aplicaes Os metais mais adequados para a soldagem por ultra-som so os metais no ferrosos e algumas de suas ligas. Ento, aplicaes que envolvem materiais como cobre, alumnio e lato so muito comuns. Materiais contendo chumbo, zinco e estanho no so recomendados para serem soldados por ultra-som. Estes materiais agem como lubrificantes e no permitem a abraso exigida para realizao da soldagem.
5.1.1.
Devido a soldagem fornecer numerosas tcnicas de fabricao, h muitas variaes de processos a frio. Esta solda pode ser executada pela deformao de uma dobra, extrao expulso e rotao. 5.1.2. Soldagem sobreposta por presso a frio (cold pressure lap welding)
A geometria deste tipo de solda similar a resistncia da regio de solda, duas laminas dos metais so juntadas nas quais a direo que o material escorre perpendicular a direo de presso. Aps a tendncia do material reduzir a camada de espessura, a junta formada. As soldas so produzidas por anular, ponto ou linhas de presses de ferramentas mecnicas, hidrulicas ou pneumtica. A reduo da espessura produzida por ferramentas deve ser limitada por um parada do solido ou pelo mtodo de deformao medida. O achatamento da distoro da dobra pequena quando vrios lugares ou adjacncias so soldadas ao mesmos tempo. ferramentas que geram uma rea de presso em forma de anel produzem solda superior a aquelas que geram uma rea de presso circular. Para solda em linha, ferramentas relativamente longa e estreitas reas de presso devem ser usadas. A largura da rea de presso e a distancia para a rea de presso adjacente ser aumentada com o crescimento da espessura . Por exemplo rolo de alumnio e cobre para maquinas eltricas foram soldados 5.1.3. Soldagem de topo por presso a frio (cold pressure butt welding)
Similar a unio de duas barras de metais iguais ou diferentes com interferncia. As duas barras sero colocadas num dispositivo ou maquinas que tem grampos apropriado. A fora de compresso aplicada axialmente ao longo ao longo das barras causa uma expanso das superfcie em contato e forma um bulbo. Ambas extremidade das barras sero soldas juntas, at que o contato da superfcie tiver alcanado um certo tamanho predefinido, nos quais depende de ambos os materiais e das condies de contato da superfcie. A resistncia da junta cresce a medida que o contato das superfcie expandir ate que ela alcance a resistncia frgil dos dois materiais usados. A resistncia frgil do material to aumentada pelo endurecimento do trabalho a frio. A soldagem a frio de topo pode ser requerida de uma ou mais passos de projeo. O parmetro para caracterizar a solda o parmetro de extenso da superfcie. A extenso da rea superfcie pode ser particularmente grande, quando vrios passos de projeo so usados nos materiais que so facilmente formados a frio. Quando passo simples de projeo e particularmente dispositivo simples so usados, o material final que projeta a forma e recobre a braadeira pode ser um relevo Este limite de expanso da superfcie que pode ser obtido, quando um nico passo simples de projeo aplicado na mquina feito para este objetivo e passo mltiplo de projeo faz um grande esforo que no esta em considerao, porque somente uma extremidade muito pequena da haste projetara para o calo da pina. Porque a pina de reforo com a primeira carga so transpostos no passo mltiplo, no podem abrir a forma na solda durante a transposio. Gases da atmosfera no podem entrar em contato com a superfcie exposta e de ai em diante no forma novos xidos. Muitos dispositivos tem sido desenvolvido para soldagem topo a topo de presso a frio. H pinas de alimentao manual para arames de dimetro acima de 1 mm e at mquina de soldagem com fornecimento de energia hidrulica com um dispositivo programvel para conectar por meio de uma interface com um sistema de derramamento de passo mltiplos. O maior sistema conhecido, aplica foras de projeo da ordem de 1.2 MN, as quais permite unir o alumnio com capacidade de atravessar uma rea de 1500mm e no cobre cruzar uma rea de 1000mm Um sistema tem possibilidade de soldagem a topo de tiras de alumnio revestida de plstico de 0,1 a 0,2 mm de espessura e at 50mm totalmente. Estes sistemas podem completar to muito como 99 passos de projeo para produzir uma solda 5.1.4. Aplicaes
A tcnica freqentemente mais usada para os metais no ferrosos (primeiramente cobre e alumnio).
Soldagem sobreposta por presso a frio. A alta qualidade da junta no ser formada a menos que todo o excesso de leo tenha sido removido e o contato das faces tenha sido mecanicamente limpos (escovas de ao, etc.). Limpeza deve ser executada imediatamente antes da solda. Dependendo do material, espessura de camada entre 0.1mm ate 15 mm, pode ser soldado. 5.1.7. Histrico
Desde que a primeira mquina de soldagem por ultra-som para metais foi desenvolvido e patenteado em 1960 houve avanos tecnolgicos significantes que agora fazem do processo uma ferramenta prtica de produo. Interessante a nota do primeiro processo de patente solicitada em 1952/53 em que o examinador de patente e seu supervisor no acreditaram que pudessem ser feitas soldas no estado slido sem o uso de calor, metal de adio, super cola ou similar e pediram permisso para visitar e testemunhar este processo. No comeo,
materiais aplicados na tecnologia do tubo a vcuo no seriam capazes de produzir altos nveis de energia de ultra-som. Alm de serem ineficientes eram caros. O trabalho foi limitado pesquisa e ao desenvolvimento que demonstraram a promessa do processo e alavancaram sua evoluo tcnica. 6. Definio Os diferentes processos para unio de metais podem ser subdivididos em diferentes categorias dependendo do seu princpio de ao. Estas ligaes podem ser em forma fechada, por frico ou com adio de material, no possvel fazer uma distino clara entre a forma fechada e a ligao por frico. Uma ligao com adio de material geralmente inseparvel e somente acontece, conforme a denominao, se usar material de adio ou consumvel. Quando h soldagem de materiais, tem que distinguir entre soldagem por fuso e soldagem sob presso. A soldagem a exploso um processo de soldagem em estado slido, que produz uma solda pelo impacto em alta velocidade das peas em trabalho, como resultado de uma detonao controlada. A exploso acelera o metal a uma velocidade que produz uma adeso metlica entre eles aps a coliso. A solda produzida em uma frao de segundo sem adio de metal. essencialmente um processo a temperatura ambiente em que no ocorre um grande aquecimento das peas em trabalho. As superfcies de contato, entretanto, so aquecidas pela energia de coliso, e a soldagem conseguida pelo fluxo plstico do metal em suas superfcies. A soldagem por frico um processo de soldagem em estado slido que produz soldas pela rotao ou movimento relativo de duas peas sob foras compressivas produzindo calor e deslocando plasticamente material nas superfcies de atrito. Enquanto considerado um processo em estado slido, sob algumas circunstncias um filme fundido pode ser produzido na interface. Porm, as caractersticas finais da solda no devem exibir evidncia de um estado fundido por causa do extenso trabalho a quente a que submetido o material durante a fase final do processo. A tecnologia da soldagem de metais por ultra-som pode ser usado para diferentes aplicaes utilizando adequadamente sua onda de som e as caractersticas da energia mecnica de alta freqncia. As vantagens das vibraes de onda curtas so as excelentes caractersticas direcionais e a alta repetibilidade do sinal. Estas combinaes garantem uma perfeita capacidade de localizar unies defeituosas, determinar as caractersticas dos materiais, a espessura e as estruturas das camadas. A soldagem a frio, tambm conhecida como, soldagem de presso a frio em condies normais de ambiente que causa destruio da superfcie, camadas de materiais metlico na rea de solda. Esta reas expe superfcie de metal limpo nos dois componentes a serem soldados, nos quais devem ser causado dentro de cada um deles um contato para gerar foras interatmicas, necessrias para formar a solda. Anlise de partes de juntas soldadas de alumnio usando transmisso microscpica de eltrons tem mostrado que a deformao do material na zona de soldagem conduz a destruio da superfcie (que est oxidada e contaminada). A interface real entre dois materiais diferentes o limite da fase, o mesmo como uma partcula limite entre materiais similares. Esta faz materiais formados a frio com uma camada frgil especialmente apropriada para a solda a frio. Geralmente as soldas so analisadas por tcnicas destrutivas. 7. Escopo A pesquisa inclui algumas das varveis dos processos de soldagem, com especificidade dos processos de soldagem por exploso, atrito, ultra-som e presso a frio, incluindo a descrio dos temas aqui abordados, ensaios destrutivos e no destrutivos, aplicaes e mtodos de realizao dos processos com segurana para o trabalhador, as instalaes e os equipamentos. 8. No-escopo Exclui-se dessa pesquisa, caractersticas tcnicas e detalhamentos de equipamentos, processos de ensaios, algumas sub-variveis dos processos pesquisados, frmulas para clculos, caractersticas dos materiais ferrosos e no-ferrosos e detalhamentos de temperaturas de soldagem. 9. Consideraes finais A pesquisa foi realizada com a finalidade de apresentar algumas das tcnicas de soldagem mecnica, sendo que fora possvel de forma geral apresentar as principais caractersticas dos processos aqui abordados, no intuito de promover o conhecimento e familiarizao com esse tipo de processo, observando-se as variaes e peculiaridades de cada processo, bem como de suas aplicaes na indstria.
10. Anexos
Figura 7 - Perfil de dureza na junta soldada entre ao inoxidvel e ao carbono aps soldagem e aps tratamento trmico.
Figura 15 Variaes do processo FHPP cnica de operao mais suave usada para reparos de estruturas de paredes finas e cilndrica, de operao mais rude usada para reparos de estruturas espessas.
Figura 22- Equipamento de soldagem por ultra-som com controle de qualidade eletrnico.
1.Bigorna 2.Partes a serem soldadas 3.Ferramenta (sonotrode ou horn) 4.Oscilao do ultra-som Figura 23- Diferenas do processo de soldagem por ultra-som de plsticos e metais.
1.Ferramenta (sonotrode ou horn) 2, 3.Partes a serem soldadas 4.Bigorna 5.rea de soldagem Figura 24- Componentes da soldagem de metais por ultra-som.
Figura 31- Unio de armaes de fios eltricos automotivos. Bibliografia Marques, Paulo V. Tecnologia da Soldagem 1 Ed. Belo Horizonte, ESAB,1991. 352p. Brandi, Srgio D., WAINER, Emlio, Mello, Fbio D. Homem. Soldagem; Processos e Metalurgia. 1 Ed. So Paulo, Ed. Edgard Blcher Ltda., 1992. 494p. Universidade Federal de Minas Gerais Ncleo de Soldagem Prof. Alexandre Queirs Bracarense, PhD Fatec SP Ncleo Tecnolgico de Soldagem SP